黔中天龙山典型喀斯特次生林地上生物量与环境因子的关系

为探究喀斯特次生林地上生物量与环境因子的关系,该文以黔中普定县喀斯特天龙山典型次生林样地为研究对象,采取单物种及不同径级组地上生物量模型计算优势种及群落生物量,采用空间分布图描述环境因子与群落地上生物量空间分布状况,利用相关性检验(Pearson)、一般线性模型(GLM)以及冗余分析(RDA)讨论群落、生活型、物种地上生物量与环境因子的关系。结果表明:(1)喀斯特次生林群落地上生物量总量为106.94 t·hm^(-2),优势种地上生物量占整个样地的91.77%,其中常绿植物高于落叶,窄叶柯(Lithocarpus confinis)与化香树(Platycarya strobilacea)地上生物量在群落中占比最高,分别为34.23%和34.37%。(2)岩石裸露率空间分布呈现明显的上下梯度差异,上坡显著大于下坡,坡度与土壤厚度空间分布不连续,无明显规律。(3)群落地上生物量与土壤厚度呈显著正相关,二者空间分布趋于一致,土壤厚度是群落地上生物量的主要影响因子,岩石裸露率与坡度对群落地上生物量的影响较低。(4)对于不同生活型,岩石裸露率对地上生物量的影响程度最高,土壤厚度与坡度对常绿植物的影响大于落叶。(5)对于不同物种,环境因子与地上生物量的相关性复杂,大部分物种与土壤厚度呈正相关,化香树、刺异叶花椒(Zanthoxylum dimorphophyllum var.spinifolium)分别与岩石裸露率、坡度呈正相关。综上认为,该研究区次生林植被恢复缓慢,土壤厚度是群落地上生物量的主要影响因子,但对于不同生活型和物种而言,地上生物量对环境的响应会受到生活型差异、物种生境偏好及种间关系等生物因素的影响。

黔中喀斯特9种木质藤本叶功能性状研究

为揭示喀斯特生境中藤本植物的生态策略,对中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站的陈旗流域中9种木质藤本的叶片功能性状及其相关性进行了研究。结果表明,叶面积、叶厚度、叶绿素含量、比叶面积、叶组织密度和叶干物质含量6个叶功能性状均存在不同程度的变异,性状的种间变异为9.24%~98.18%,种内变异为0.64%~39.71%。落叶植物性状的种内变异系数低于常绿植物;相较于喀斯特乔灌木,藤本植物具有较低的叶厚度、叶组织密度和较高的叶面积、叶干物质含量;藤本植物叶功能性状间关系紧密,比叶面积与叶组织密度、叶干物质含量呈极显著负相关,叶组织密度与叶干物质含量呈极显著正相关。叶绿素含量与叶干物质含量呈极显著负相关。叶厚度与叶绿素含量呈显著正相关,与叶组织密度呈显著负相关。除叶厚度外,叶面积与其余性状均存在显著或极显著相关性。结合叶经济谱理论分析,刺葡萄(Vitis davidii var.davidii)、野葛(Pueraria montana)和野葡萄(V.amurensis)倾向于“快速偿还”型,白木通(Akebia trifoliata)、红毛悬钩子(Rubus pinfaensis)、小果蔷薇(Rosa cymosa)和崖豆藤(Millettia extensa)倾向于“慢速偿还”型,插田泡(Rubus coreanus)和勾儿茶(Berchemia polyphylla)的功能分异明显,介于两者之间。可见,为适应干旱贫瘠的喀斯特环境,藤本植物通过权衡叶功能性状关系来采取不同的适应策略。

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc 6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。

黔中喀斯特次生林主要物种的生态位及种间联结性动态变化

为探讨黔中喀斯特次生林演替规律,基于2013-2019年的定点监测数据,从群落物种组成、生态位宽度、生态位重叠值、种间联结等方面研究了黔中喀斯特次生林生态位和种间联结性的动态变化。结果表明,7年间建群种的重要值占比减小,六月雪(Serissa japonica)、珍珠荚蒾(Viburnum foetidum)等物种优势度显著增加。竹叶椒(Zanthoxylum armatum)、小果蔷薇(Rosa cymosa)等占据较宽生态位,云南旌节花(Stachyurus yunnanensis)、六月雪等物种对资源的可利用量增加,使得其生态位变窄。生态位重叠值小于0.2的种对比例减少,种间竞争关系更为复杂。主要物种间的总体联结性由不显著正联结变为显著正联结,多数种对间的正负联结比例上升。黔中喀斯特次生林群落中种间竞争激烈且渐趋稳定,种间联结紧密性增强,在正向演替过程中,伴随着六月雪、珍珠荚蒾等耐阴种和中生性种的优势度和竞争力增大,小冻绿树(Rhamnus rosthornii)和杭子梢(Campylotropis macrocarpa)等先锋种竞争不足而衰退。这为喀斯特地区植被恢复和石漠化治理提供参考。

黔中喀斯特次生林群落结构动态

喀斯特地区群落结构动态研究,是生态重建和石漠化治理中需解决的关键问题。该文基于黔中普定县6块永久监测样地在2013年、2015年和2019年的监测资料,分析了7年间喀斯特次生林重要值、物种消长结构、物种多样性、径级结构和垂直结构的动态特征。结果表明:(1)刺楸(Kalopanax septemlobus)、朴树(Celtis sinensis)等乔木种的优势度增大,更新率较高,竹叶椒(Zanthoxylum armatum)、杭子梢(Campylotropis macrocarpa)和火棘(Pyracantha fortuneana)等先锋种的重要值减少,且死亡率较高。(2)物种多样性指数各年间无显著差异,物种丰富度和Margalef丰富度指数呈先增加后减少的趋势,Shannon-Wiener多样性指数基本稳定,均匀度指数呈先减少后增加趋势,其在2013年和2019年之间差异显著。(3)径级和树高结构呈“倒J型”和“左偏正态”分布,各年间差异不显著,乔木层大径级(DBH≥10 cm)个体数增加,但高大乔木(H≥9 m)个体数和种数减少,灌木层中火棘、杭子梢和小冻绿树(Rhamnus rosthornii)等灌木种在0 m≤H<3 m和0 cm≤DBH<2.5 cm的个体数减少,而刺楸、朴树等乔木种个体数增加。喀斯特次生林的自然演替过程较缓慢且复杂多样,层次结构不明显,群落总体处于演替进展的中前期,群落更新良好,将进一步以乔木占优势的方向发展。

黔中喀斯特次生林优势物种空间分布格局及关联性

以黔中天龙山2 hm^(2)喀斯特次生林为对象,采用成对相关函数g(r)结合完全随机模型(CSR)研究重要值前4位优势树种的空间分布格局及其关联性。结果表明:样地树种的径级结构呈倒“J”型分布,在优势树种窄叶石栎和圆果化香的影响下,第Ⅴ径级(≥10 cm)的数量较多。窄叶石栎呈现倒“J”型分布,种群更新良好,处于生长发育初级阶段;而圆果化香和云南鼠刺随着径级的增大数量逐渐递增,成年树、大树数量远多于幼树、小树,表明该种群更新不足,处于生长发育的中后期并逐渐衰退。除窄叶石栎外,其余优势树种整体呈现出在较大尺度上聚集分布,聚集程度随着尺度的增大逐渐下降并趋于随机分布,此规律在幼树径级中表现得尤为突出;而受各种因素的影响,各个树种不同径级呈现出不同的空间分布格局。在种间关联上,4个优势树种之间大多呈现负关联或者无关联关系,树种重要值越高与其他优势树种关联程度越低,呈现负关联的2个树种在小尺度上关联程度最低,随着尺度的增大负关联程度逐渐降低并趋向于无显著关联。

黔中喀斯特次生林木本植物更新动态特征

为探讨喀斯特次生林更新变化特征,基于黔中天龙山常绿落叶阔叶混交林样地的群落数据(2012年、2020年),分析林下更新层的物种组成、重要值、多样性以及分布特征等动态变化.结果表明:(1)在调查的2 hm2样地内物种个体数由10 276株减少到7 837株,隶属于33科55属,共69种,物种新增5科10属18种,消失7科9属11种;物种间的重要值差异明显,窄叶石栎(Lithocarpus confinis)为20.97-23.26,远高于其他物种.除部分物种外,总体年际差异不大,中生性和阴生性物种地位上升;生活型以小乔木、灌木或小乔木为主,不同生活型的株数密度均降低;(2)灌木的Margalef指数、Shannon-Wiener指数最大,灌木或小乔木的Pielou指数最大.大部分生活型的组成物种增多,多样性更丰富且物种个体分布均匀程度增大,但变化较小;(3)物种空间分布格局总体呈聚集分布,少数呈随机分布.物种的Cx、I、m*、CA、G指数均减少,且部分物种差异较大,可能出现聚集分布向随机分布的态势,但窄叶石栎的聚集程度仍较高.多数物种的PAI指数增大且不明显,K值则呈不规则变化.整体而言,该群落物种组成、重要值、多样性以及主要物种空间分布格局具有一定变化,但未发生明显波动,窄叶石栎仍为演替中的主要优势种,区系物种组成稳定,植被恢复慢,整个群落发展和缓.(表5参39)